對(duì)象函數(shù)式編程 Scala簡(jiǎn)史
從前，有一種編程語(yǔ)言叫Scala，人們研究這種語(yǔ)言，發(fā)現(xiàn)這是一種給人印象深刻的語(yǔ)言，有人說(shuō)與Scala接觸的最大感受就是Java如影相隨。這種語(yǔ)言看起來(lái)很美，但沒(méi)有人愿意冒險(xiǎn)把自己的職業(yè)生涯依賴(lài)于這種語(yǔ)言上，這個(gè)語(yǔ)言太年輕了，誰(shuí)能保證它不會(huì)夭折？
之后，發(fā)生了一些事情； Scala 長(zhǎng)大了。 Twitter 宣布他們用Scala語(yǔ)言替換了以前一些用Ruby開(kāi)發(fā)的后端程序，而SAP也在使用這種語(yǔ)言，還有EDF等。 這消息迅速傳播開(kāi)來(lái)，有許多新的程序開(kāi)發(fā)者慕名而來(lái)，他們也都感覺(jué)到這是一種令人印象深刻的語(yǔ)言，同時(shí)，早期的這個(gè)語(yǔ)言的信徒也開(kāi)始發(fā)現(xiàn)此語(yǔ)言已經(jīng)鳳凰涅磐，讓他們眼睛一亮。
他們現(xiàn)在看到的這種語(yǔ)言已經(jīng)是一個(gè)成熟的、急不可待的等人們使用它去大展宏圖的語(yǔ)言了。 隨著2.8版本的發(fā)布，Scala 終于從少年進(jìn)入了青年，可以當(dāng)之無(wú)愧的接受令人印象深刻的贊譽(yù)了。
編程就是人生
程序語(yǔ)言在進(jìn)化、在繁衍，產(chǎn)生不同的種族。非常類(lèi)似于生命在早期地球的上的構(gòu)成，編程語(yǔ)言最初是誕生于由CPU指令和數(shù)學(xué)概念混成的沸騰的高湯里。 跟生命的發(fā)展不同的是，它們不需要泥土，但是它們也經(jīng)歷著殘酷血腥的優(yōu)勝劣汰、物競(jìng)天擇過(guò)程，當(dāng)然，你可以把它們之間的戰(zhàn)爭(zhēng)想像成關(guān)于Tab鍵和Space鍵，關(guān)于括弧在程序中的地位問(wèn)題上的戰(zhàn)爭(zhēng) 。
人們就像一個(gè)優(yōu)秀的飼養(yǎng)員只喜歡挑選一個(gè)純種血統(tǒng)的良馬一樣選擇自己喜愛(ài)的編程語(yǔ)言。 就像生物學(xué)上，人工育種必然存在不足，近親連續(xù)不斷地繁殖、以此來(lái)保存某一血統(tǒng)的令人滿(mǎn)意的特性的做法必然潛藏基因缺陷的危險(xiǎn)。
父母的結(jié)合產(chǎn)生的后代匯聚了其父母雙方各自不同的特征，所以后代比前代更強(qiáng)大，同時(shí)父母各自的弱點(diǎn)也會(huì)被后代查明從而摒棄。 同樣的思想也被應(yīng)用到了編程語(yǔ)言的世界里，各種面向?qū)ο蠛兔嫦蚝瘮?shù)風(fēng)格的概念相互融合給予了程序員們前所未有的能力和表達(dá)方式，Scala編程語(yǔ)言就是這樣的語(yǔ)言中的一員。
我估計(jì)閱讀我這篇文章的大部分是Java程序員，所以在我詳細(xì)的解釋函數(shù)和對(duì)象如何交互之前我打算先介紹一些關(guān)于針對(duì)函數(shù)編程的概念。其實(shí)在網(wǎng)上已經(jīng)有了很多完全超出我的寫(xiě)作水平的好教材，所以我愿意盡量簡(jiǎn)單的介紹一下。
什么是函數(shù)？
數(shù)學(xué)里，函數(shù)就是接受一個(gè)值（輸入值）而后使用它產(chǎn)生另外一個(gè)值（輸出）的運(yùn)算。 在很長(zhǎng)的時(shí)間里這個(gè)定義幾乎適用有所有任何的情況，即使是現(xiàn)在，數(shù)學(xué)家們也只是在擴(kuò)充這個(gè)定義里的值的概念：復(fù)雜數(shù)值，矩陣，向量，坐標(biāo)（對(duì)稱(chēng)坐標(biāo)和笛卡爾坐標(biāo)），四元數(shù)。.. 很多東西都可以被當(dāng)作值，只要你用正確的方式去看待它。
這種情況持續(xù)了很久，之后程序員出現(xiàn)了，之后計(jì)算機(jī)被發(fā)明了。
一旦人們對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要性達(dá)成共識(shí)，并且使計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步完善起來(lái)，程序員就開(kāi)始用一種新的思想考慮他們了，比如：看著這計(jì)算機(jī)打印輸出的長(zhǎng)河般一排排的三個(gè)字母組成的匯編程序碼，你不頭痛也不行。
如果他們能把那些序列碼按相同的功能分成一組一組，給它們起個(gè)名稱(chēng)，那么他們將會(huì)有一種簡(jiǎn)潔的方式去重復(fù)利用這些代碼，那么以前花大量時(shí)間拼寫(xiě)這些代碼的時(shí)間節(jié)省下來(lái)，終于有了去酒館的時(shí)間。 因?yàn)楹芏嗟某绦騿T也都是數(shù)學(xué)家，因?yàn)楹芏嗨麄兊某绦蚨际怯脕?lái)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的，這就決定了函數(shù)的概念非常簡(jiǎn)潔的迎合了這種給編程單元打包處理的行為，從此第二代編程語(yǔ)言誕生了。
完美中的不足
這種革新，完美中有些不足。 針對(duì)函數(shù)，人們發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是經(jīng)常需要它們一次處理多個(gè)輸入值，或，更令人沮喪的，多個(gè)輸出值。 幸運(yùn)的是一些數(shù)學(xué)家解決了如果讓函數(shù)處理多個(gè)輸入值的問(wèn)題，這種思想很早就被人采納了，人們按照這種思路想出來(lái)如何去返回多個(gè)輸出值（通常是把輸入值給抹去，替換我想要輸出的值）。 但是其他的一些數(shù)學(xué)家（例如Haskell）并不喜歡多個(gè)輸入值的方式，他產(chǎn)生了一個(gè)新的觀點(diǎn)，用高階函數(shù)替代多個(gè)輸入值，函數(shù)可以返回其它函數(shù)，或可以用函數(shù)體當(dāng)作函數(shù)參數(shù)，但這種做法很難實(shí)現(xiàn)，所以程序員起初都沒(méi)在意這種觀點(diǎn)。
函數(shù)編程還有一個(gè)問(wèn)題，就是它有副作用。 一個(gè)函數(shù)使用一個(gè)相同輸入值（例如讀一個(gè)文件）卻可以每次都做出不同的事情，或者它可以去做一些不專(zhuān)一的事情（例如處理返回一個(gè)值外還會(huì)向控制臺(tái)打印一行字）。 更糟糕的是，它會(huì)把自己的輸入值在使用之后改變其值！ 對(duì)于那些想利用這些副作用的人來(lái)說(shuō)，這是再好不過(guò)了，可是對(duì)于另外的一些數(shù)學(xué)家就不一樣了，他們不喜歡喝啤酒，可是還必須要把啤酒杯拿在手上。
所以程序里的函數(shù)跟數(shù)學(xué)里的函數(shù)是不同的。 人們給出了一個(gè)新的定義（不是很精確的）：一個(gè)程序，或者一批指令，具有一個(gè)名稱(chēng)，可以選擇性的擁有一個(gè)或多個(gè)輸入值和輸出值，甚至同時(shí)具備多個(gè)輸入值和多個(gè)輸出值，同時(shí)還能做點(diǎn)額外的事情。 #p#
A reprive ahead of its time
自然，很多數(shù)學(xué)家并不高興函數(shù)被定義成這樣，于是一個(gè)新的語(yǔ)言品種被創(chuàng)造了出來(lái)，用來(lái)彌補(bǔ)其先天的不足，再一次的將它用一個(gè)穩(wěn)固的理論架構(gòu)確定下來(lái)。函數(shù)體成為第一類(lèi)實(shí)體，而非以前的僅是一批代碼的別名。 這樣Haskell的高階函數(shù)的概念就可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟件了。 編程語(yǔ)言的進(jìn)化發(fā)展中人們?cè)絹?lái)越多的鼓勵(lì)使用常量值，這樣函數(shù)就不能把輸入值給能臟了。 人們實(shí)現(xiàn)了局部套用（Currying），開(kāi)始使用數(shù)組結(jié)構(gòu)，這樣函數(shù)終于又回到了只能接受一個(gè)輸入值和一個(gè)輸出值的紳士面貌。 一些有趣的方法被人們采用來(lái)限制那些討厭的副作用：如果這些副作用不能完全避免的話(huà)，那就把它們規(guī)整起來(lái)專(zhuān)門(mén)找個(gè)地方放置它們。 這樣的語(yǔ)系被人們稱(chēng)作為函數(shù)式編程語(yǔ)言，因?yàn)樗鼈儼押瘮?shù)的概念回歸到了其數(shù)學(xué)上的根源。 這個(gè)語(yǔ)系里的語(yǔ)言包括有Lisp, Scheme, Caml, Erlang, F#, Clojure等。
作為工程學(xué)上一個(gè)優(yōu)秀的典范，函數(shù)式語(yǔ)言具有設(shè)計(jì)優(yōu)良，易理解，高效，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 與此同時(shí)，如同其他Good Ideas?經(jīng)常遇到的情況一樣，很長(zhǎng)的一段時(shí)間里它們被主流團(tuán)體所遺忘。 程序員們都很清楚為什么人們喜歡把函數(shù)放在首要位置； 人們需要把系統(tǒng)按單元功能劃分，相互不依賴(lài)，可以在不同的地方重復(fù)使用它們。 這些愿望就像癢癢需要撓的感覺(jué)折磨著人們，于是面向?qū)ο蟮乃季S從此誕生了并崛起了。
目前，函數(shù)式編程只是被人們當(dāng)成一種業(yè)余愛(ài)好，也被人們用在相關(guān)的演講和論文里去靈巧的闡述一些新事物。 人們通常認(rèn)為函數(shù)式語(yǔ)言會(huì)比命令式語(yǔ)言運(yùn)行的慢，但這種結(jié)論也許只有上帝知道，因?yàn)閺膩?lái)沒(méi)有人用自己的方式證明過(guò)。 人們還認(rèn)為，盡管函數(shù)式語(yǔ)言看起來(lái)非常簡(jiǎn)潔，適合小的程序和做演示用，但它們不太適合大規(guī)模的程序，像那些成百上千行的程序，如果用函數(shù)式語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)，幾乎是不可維護(hù)的。
重生
實(shí)際上，函數(shù)式語(yǔ)言并不只是一種玩物。 跟隨著時(shí)代革新的大潮，它在地下醞釀了這么多年，終于等到了這個(gè)世界可是接受它的這一天。 主流程序員們?cè)絹?lái)越多的認(rèn)識(shí)到，函數(shù)式語(yǔ)言是如此的容易使用，而這一點(diǎn)在其它（面向?qū)ο螅┐a是難以達(dá)到的。 就比如這個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題處理這個(gè)字符串隊(duì)列，將它們?nèi)哭D(zhuǎn)化成大寫(xiě)后返回，用Java編寫(xiě)卻有可能出錯(cuò)。 因?yàn)榕紶柸藗儠?huì)忽略掉這個(gè)隊(duì)列里的第一個(gè)字串，因?yàn)樗麄儚?開(kāi)始計(jì)數(shù)，而不是0。有時(shí)候人們會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)隊(duì)列里的字串不是按他們要求的部分轉(zhuǎn)化成大寫(xiě)，而是全部大寫(xiě)了，還有些時(shí)候程序會(huì)報(bào)出空指針異常。
逐漸的，人們開(kāi)始討論起closures和continuations，為的是讓他們的程序更加的強(qiáng)壯和可維護(hù)。 當(dāng)時(shí)這些東西并不是對(duì)象們所能具有的，于是加強(qiáng)型for循環(huán)被發(fā)明了，還有匿名類(lèi)，visitor模式，command 模式。 當(dāng)然這些沒(méi)有一個(gè)能按照程序員們想象的那樣的完美，但這些東西還是有用的，讓很多有問(wèn)題的地方變得可維護(hù)了（即使這樣需要編排一些丑陋的模板式的代碼）。 時(shí)機(jī)已經(jīng)到了人們改變思維方式的時(shí)候了，函數(shù)式語(yǔ)言已經(jīng)迫不及待的看到自己的宏大入場(chǎng)了。
讓人嫉妒的特性
通過(guò)Erlang語(yǔ)言，愛(ài)立信演示了函數(shù)式語(yǔ)言如何能應(yīng)用于大規(guī)模系統(tǒng)的。 而其開(kāi)發(fā)效率高，可維護(hù)性，可測(cè)試性都很好，特別是不易犯錯(cuò)。 這才是真正的函數(shù)式語(yǔ)言的面貌，感覺(jué)比面向?qū)ο笳Z(yǔ)言要成功的多。 愛(ài)立信的程序員們前所未有的有了充分的喝啤酒的空閑時(shí)間了。 生活變得輕松起來(lái)！
而在另外的陣營(yíng)里的程序員看待函數(shù)式語(yǔ)言有點(diǎn)想法，也有的嫉妒。 Java變得如此臃腫，而且，每一個(gè)新出現(xiàn)的特征都看起來(lái)是圍繞著它的模板代碼風(fēng)格創(chuàng)造出來(lái)的。 即使是很小的程序，現(xiàn)在也要使用annotations，模板參數(shù)，和duplicate type declarations，大程序問(wèn)題就更大了。 不幸中的不幸，關(guān)于如何往Java里添加closures（閉包）功能的討論并不像早期預(yù)期的那樣順利，還有，Java bean里的數(shù)不完的get/set方法實(shí)在是不能在忍受了。
有些事情必須要變了。
除了這些，Java還有一大堆的問(wèn)題。 The Virtual Machine（虛擬機(jī)）是一個(gè)非常成熟的工具，經(jīng)過(guò)了很好的優(yōu)化，市場(chǎng)上隨處可見(jiàn)，從洗衣機(jī)，移動(dòng)電話(huà)，到數(shù)不清的web服務(wù)器和桌面電腦里都有它的身影。 Java系統(tǒng)在開(kāi)源庫(kù)和框架方面已經(jīng)發(fā)展的令人瞠目結(jié)舌繁華，在一些付費(fèi)系統(tǒng)里也火的不得了。 靠著Java這棵大樹(shù)，市面上已經(jīng)到處都是由各種企業(yè)投資推動(dòng)的數(shù)不清的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)工作創(chuàng)造出的成功和成熟的java項(xiàng)目，如果因?yàn)橐恍┬〉恼Z(yǔ)言特征而放棄Java這一切基本是不可能的。
我們一起做蛋糕 也一起吃
我們所有做的事既要繼承Java所有目前的優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)，同時(shí)也要使用函數(shù)式語(yǔ)言重新描繪新的編程語(yǔ)言版圖，Scala正好迎合了這種需要，盡管它有很多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。 Pizza語(yǔ)言第一個(gè)出現(xiàn)的，但它跟今天的Scala比較起來(lái)更Scala當(dāng)初的形式。
我們所知的能在JVM上跑的語(yǔ)言大概有JavaFX, JRuby, Jython, Groovy 等。 大部分都有closures 和其他的一些函數(shù)式語(yǔ)言具有的特征，但在Java王國(guó)里，這些新生事物并不是那么的血統(tǒng)純正，它們的特征更像是外來(lái)移民，護(hù)照很新亮，但有異域口音。
動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的流行是無(wú)濟(jì)于事的； 類(lèi)型可以通過(guò)各種方法隱藏起來(lái)，讓人感到它的不存在，但是這樣很難編譯出原生的Java代碼了。 這是個(gè)很大的問(wèn)題，特別是你寫(xiě)出的對(duì)象需要拿到第三方類(lèi)庫(kù)里去處理時(shí)。 有時(shí)候各種語(yǔ)言之間很難交互，通常需要一個(gè)解釋器，就像JSR233 Scripting API 或 the Bean Scripting Framework 那樣。Scala卻有與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，它和Java的結(jié)合是如此的緊密，它能像自己本身的類(lèi)型那樣處理Java類(lèi)型，它并不像一個(gè)外來(lái)移民，而是一個(gè)僑胞，而且是有護(hù)照的公民。
你從外面看，Java和Scala編譯出來(lái)的代碼是一模一樣的，沒(méi)有區(qū)別，這有點(diǎn)讓人難以置信，但可以明確的告訴大家，Scala最初就是這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的。 當(dāng)你把Scala當(dāng)作一種函數(shù)式語(yǔ)言時(shí)，你會(huì)更驚奇的發(fā)現(xiàn)，它把面向?qū)ο蠛秃瘮?shù)式的兩種風(fēng)格以其優(yōu)雅的方式完全融合統(tǒng)一起來(lái)。
正因?yàn)樗蚃ava是如此緊密的聯(lián)系，你可以把Scala當(dāng)作Java臨時(shí)的替代品，它絕對(duì)不會(huì)強(qiáng)制你用任何的函數(shù)式風(fēng)格的代碼書(shū)寫(xiě)。 它的類(lèi)型引用，簡(jiǎn)潔的屬性存取，以及帶有成員變量參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，你幾乎可以把它當(dāng)作一種風(fēng)格簡(jiǎn)潔的Java。 除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，我們可以稱(chēng)贊Scala為某些方便比Java面向?qū)ο蟾晒Φ恼Z(yǔ)言：
一切皆為對(duì)象，包括數(shù)值和函數(shù)
在Java中，方法不是對(duì)象，更別提基本數(shù)據(jù)類(lèi)型了。 2.toString在Scala里是一個(gè)合法的語(yǔ)句。它拋棄了靜態(tài)類(lèi)成員，Java的這個(gè)問(wèn)題可以追溯到它所效仿的C++上，是個(gè)歷史錯(cuò)誤。 C++本身就是個(gè)混合型的語(yǔ)言，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要兼容過(guò)程式的C語(yǔ)言，同時(shí)也要支持對(duì)象結(jié)構(gòu)。 靜態(tài)成員不是完全的可面向?qū)ο?，因?yàn)樗麄儾荒軐?shí)現(xiàn)接口，以及向普通成員那樣的多形性和覆蓋、過(guò)載。 當(dāng)你把一個(gè)對(duì)象當(dāng)作參數(shù)傳入一個(gè)函數(shù)時(shí)，靜態(tài)成員是不可用的。
相反，Scala提供了singleton objects， 這樣這種問(wèn)題就不存在了。 Scala里新的companion概念可以讓你使用singleton去訪(fǎng)問(wèn)具有相同類(lèi)名的實(shí)例上的一個(gè)有約束限定的成員，這樣你就可以把靜態(tài)成員的權(quán)限復(fù)制出來(lái)。
類(lèi)上所有的屬性都實(shí)現(xiàn)了behind-the-scenes，就像是個(gè)隱藏域，而且有針對(duì)它的一對(duì)Get和Set隱藏方法。 那些任何人都可以直接修改的內(nèi)部屬性將不再被允許公共訪(fǎng)問(wèn)，在將來(lái)，虛擬類(lèi)的概念將會(huì)在Scala里出現(xiàn)，那樣后Scala對(duì)對(duì)象的支持將會(huì)有更驚人的表現(xiàn)。函數(shù)式編程對(duì)下面的特征進(jìn)行了支持：
◆對(duì)遞歸函數(shù)的尾調(diào)用（tail-call）優(yōu)化
◆模式匹配
◆第一類(lèi)函數(shù)和高級(jí)函數(shù)
◆局部函數(shù)（可以接受任何輸入值）
◆局部套用（Currying）和函數(shù)局部應(yīng)用
◆閉包
◆簡(jiǎn)潔的聲明常量值的語(yǔ)法定義，很好的支持常量集合的類(lèi)庫(kù)
◆continuations (scala 2.8 新增）
所有的這些都意味著什么？
函數(shù)式編程已經(jīng)證實(shí)了它的實(shí)力，快速增長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)者人數(shù)是最好的證明，Scala向大家演示了如何在不犧牲面向?qū)ο笏季S模式下接受函數(shù)式設(shè)計(jì)模式的概念。 它同時(shí)也向大家顯示了如果將這兩種風(fēng)格的語(yǔ)言如何融合到一起變成一個(gè)強(qiáng)壯豐滿(mǎn)的新語(yǔ)言，不帶任何的形式的勉強(qiáng)。
一旦你了解了基本語(yǔ)法并對(duì)閉包、第一類(lèi)屬性、高階函數(shù)、traits,、immutable refs等概念有了認(rèn)識(shí)，它的各種特點(diǎn)的相互結(jié)合會(huì)向你展示它更深層次的潛質(zhì)。 語(yǔ)言生命里的一些設(shè)計(jì)思想的選擇和確定最終導(dǎo)致了一個(gè)增效作用，我們認(rèn)定這種新一代的對(duì)象-函數(shù)式的設(shè)計(jì)正是使Scala今天如此成功的關(guān)鍵。
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